Способ получения защитного покрытия на поверхности диэлектриков и полупроводников

 

Использование: защитное покрытие на изделиях из диэлектриков и полупроводников. Сущность: нанесение на поверхность 40-60%-ного раствора алкоксильного соедиения кремния в органическом растворителе, содержащего 0,15-0,35% от объема раствора кислотного катализатора, сушка раствора и термообработка покрытия при 300-600°С.

Изобретение относится к способам нанесения защитных покрытий, в частности к защите изделий из диэлектриков и полупроводников.

Наиболее близким к способу по изобретению является известный способ получения защитного покрытия на поверхности диэлектриков и полупроводников, включающий нанесение на поверхность 22,1% раствора тетраэтоксисилана и кислотного катализатора в органическом растворителе.

Недостатком этого способа является то, что полученные по нему пленки не обеспечивают достаточной водостойкости и сохранение механической прочности изделий во времени, особенно в условиях повышенной влажности и термоциклирования.

Технической задачей изобретения является повышение водостойкости покрытия и сохранение его механической прочности во времени.

Эта задача решается тем, что в способе получения защитного покрытия на поверхности диэлектриков и полупроводников, включающем нанесение на поверхность раствора алкоксильного соединения кремния и кислотного катализатора в органическом растворителе, в качестве раствора используют 40 60% раствор, катализатор используют в количестве 0,15 0,35% в расчете на объем раствора и после нанесения раствора покрытие подвергают последовательно сушке и термообработке при 300 600^оС.

При содержании алкоксильного соединения кремния (АСК) менее 40 об. достигаемая водостойкость и механическая прочность изделий во времени недостаточны, особенно в условиях повышенной влажности и термоциклирования. При содержании АСК более 60 об. покрытие в условиях многократного термоциклирования и виброударных нагрузок отстает от подложки. Пределы изменения содержания растворителя антибатны соответствующим пределам для АСК. Оптимальным содержанием АСК является 50% В качестве органических растворителей используются легколетучие органические жидкости, преимущественно хорошо смешивающиеся с водой, например этиловый или изопропиловый спирт, ацетон, этилацетат. Оптимальные результаты дает ацетон. Кислотный катализатор представляет собой водный раствор неорганических кислот, преимущественно соляной. В качестве катализатора обычно используют 0,125 н. водные растворы кислоты: в случае соляной кислоты это разбавленная водой в отношении 1/100 концентрированная HCl. При температурах термообработки покрытия ниже 300^оС защитные пленки недостаточно вызревают и существенно сокращается время, в течение которого они выполняют свои функции (повышение водостойкости и сохранение прочности изделия), т.е. падает надежность. В интервале 300 600^оС достигается положительный эффект изобретения. При температурах обработки выше 600^оС свойства покрытия далее практически не изменяются, однако в ряде случаев наблюдается ухудшение параметров изделия в целом ввиду воздействия высокой температуры на материал подложки.

Рабочий раствор готовят следующим образом. В емкость соответствующего объема вводят требуемые объемы АСК и растворителя, добавляют на каждые 100 мл раствора 0,15 0,35 мл водного раствора кислотного катализатора. Раствор выдерживают для вызревания в течение 5 сут в затемненном месте, после чего используют для нанесения пленок. При хранении при комнатной температуре время жизни раствора порядка 2 мес. при хранении его в холодильнике более 6 мес.

Ниже приводятся примеры конкретной реализации изобретения, не ограничивающие область его применения.

П р и м е р 1. Стеклянный изолятор для сетей высокого напряжения обезжиривают бензином, высушивают на воздухе и нагревают до 35 40^оС. Смачивают бязевый тампон рабочим раствором, выдержанным в течение 5 сут, и равномерно наносят на поверхность изолятора. Острые кромки обрабатывают дважды. Состав раствора: тетраэтоксисилан (ТЭОС) 50 об. ацетон 50 об. На каждые 100 мл раствора вводят 0,25 мл раствора HCl (HCl конц. разбавленная водой в соотношении 1/100). Изолятор высушивают на воздухе при комнатной температуре 10 15 мин, помещают в термостат, поднимают температуру до 400^оС и выдерживают в течение 2,5 ч, после чего охлаждают инерционно. Функциональная прочность (разрывная в осевом направлении) изолятора равна 6000 8000 кгс. Прочность после 250 термоциклов (-40^оС) (+85^оС), а также выдержки в воде в течение 10 сут сохраняется неизменной. После выдержки изолятора при 98% влажности в условиях, моделирующих 10-летнюю выдержку, согласно методу ускоренных испытаний, прочность его практически не меняется.

П р и м е р 2. На окно из Zn-Se для бортового приемника ИК излучения в диапазоне 3 10 мкм поливом наносят выдержанный в течение 5 сут раствор, содержащий 60 об. ТЭОС, 40% этилацетата и 0,35 мл HCl, разбавленной водой в соотношении 1/100 на 100 мл раствора. После высушивания на воздухе окно с пленкой подвергают термообработке на воздухе при 600^оС в течение 2 ч. Окно выдерживает перепад давлений от 1 атм (на борту) до вакуума (за бортом) в течение 1000 ч в условиях влажности, соответствующих всем климатическим поясам. После выдержки в течение 10 дней в дистиллированной воде и 250 термоциклов (-60^оС) (+85^о)С окно выдерживает перепад давлений в течение более чем 1200 ч. В аналогичных условиях окно без защитного покрытия теряет прочность и разрушается через 250 300 ч эксплуатации за счет коррозии поверхности. Последнее, кстати, резко ухудшает оптические параметры окна. Обработка аналогичного окна согласно способу [2] приводит к ухудшению его оптических параметров, водостойкости и прочности во времени. Это связано с двумя факторами: во-первых, при отжиге в атмосфере с повышенным содержанием кислорода поверхность селенида цинка подвергается деструкции за счет частичного окисления, во-вторых, защитная пленка излишне тонка, пориста и недостаточно защищает подложку от действия воды. Вследствие этих факторов в условиях реальной эксплуатации окно из ZnSe, обработанное согласно способу [2] имеет время жизни в 2,5 3 раза меньше, чем при использовании способа по изобретению.

П р и м е р 3. На активный элемент (АЭ) лазера из фосфатного стекла ЛГС-И окунанием наносят выдержанный в течение 5 сут раствор, содержащий 40 об. ТЭОС, 60% изопропилового спирта и 0,15 об. разбавленной в соотношении 1/100 HCl сверх суммы макрокомпонентов. После высушивания при комнатной температуре элемент подвергают термообработке на воздухе при 300^оС в течение 3 ч. АЭ выдерживают в резонаторе с водяным охлаждением, средняя мощность накачки 1400 Вт. После выдержки в воде в условиях, моделирующих 10-летнюю выдержку, и 250 термоциклов (-60^оС) (+85^оС) прочность АЭ практически не изменяется. Активный элемент из того же стекла с защитным покрытием из фторлона Ф-32 Л в аналогичных условиях эксплуатации разрушается при средней мощности накачки 500 Вт, причем уже после 100 ч испытаний в воде начинается отслоение покрытия и снижение прочности.

П р и м е р 4. Стеклянный изолятор, аналогичный примеру 1, обрабатывают в условиях примера 1. Состав раствора: тетрабутоксисилан 50 об. ацетон 50 об. на каждые 100 мл раствора введено 0,25 мл 0,125 н. H₂SO₄.

Функциональные характеристики изолятора с защитным покрытием до и после обработки в воде и модельного эксперимента аналогичны примеру 1.

Испытания, проведенные с изолятором, не имеющим защитного покрытия согласно изобретению, показали, что после выдержки в воде и модельного эксперимента, аналогичных условиям примера 1, разрывная прочность изолятора в осевом направлении падает на 65 80% П р и м е р 5. Активный элемент лазера, аналогичный примеру 3, обрабатывают и испытывают в условиях примера 3. Состав раствора: тетраметоксисилан 40% изопропиловый спирт 60% На каждые 100 мл раствора вводят 0,15 мл 0,125 н. H₂SO₄. Прочность активного элемента после испытаний в условиях и по режиму примера 3 практически не меняется.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ДИЭЛЕКТРИКОВ И ПОЛУПРОВОДНИКОВ, включающий нанесение на поверхность раствора алкоксильного соединения кремния и кислотного катализатора в органическом растворителе, отличающийся тем, что в качестве раствора используют 40 60%-ный раствор, катализатор используют в количестве 0,15 0,35% в растворе на объем раствора и после нанесения раствора покрытие подвергают последовательно сушке и термообработке при 300 600^oС.